MARKYTAN ALES (DE)
GAERTNER CHRISTIAN (DE)
STREPPEL ULRICH (DE)
KUHN GERHARD (DE)
MARKYTAN ALES (DE)
GAERTNER CHRISTIAN (DE)
STREPPEL ULRICH (DE)
WO2011125009A1 | 2011-10-13 |
JP2011044418A | 2011-03-03 | |||
JP2009099926A | 2009-05-07 |
Patentansprüche 1. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) mit - mindestens zwei optoelektronischen Halbleiterchips (2), die sich an einer gemeinsamen Montagefläche (5) befinden, und - einem optischen Element (3), das den Halbleiterchips (2) entlang einer Hauptabstrahlrichtung (M) nachgeordnet ist und das von den Halbleiterchips (2) beabstandet ist, wobei das optische Element (3) entlang einer Richtung (L) quer zu der Hauptabstrahlrichtung (M) in einem Übergangsbereich (30) einen Transmissionsgradienten aufweist und der Übergangsbereich (30), in Draufsicht auf die Montagefläche (5) gesehen, die Halbleiterchips (2) nicht überdeckt. 2. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem der Übergangsbereich (30) einen Zentralbereich (35) des optischen Elements (3) umgibt, wobei in den Zentralbereich (35) ein Transmissionsgrad für von den Halbleiterchips (2) emittierte Strahlung mindestens 80 % beträgt und in dem Übergangsbereich (30) der Transmissionsgrad, in eine Richtung weg von dem Zentralbereich (35), monoton oder streng monoton abnimmt und an einem äußeren Rand des Übergangsbereichs (30) höchstens 20 % beträgt, bei dem der Transmissionsgradient abhängig von einer Wellenlänge der von den Halbleiterchips (2, 2a) emittierten Strahlung ist, wobei das Halbleiterbauteil (1) genau zwei in verschiedenen Spektralbereichen emittierende Arten von Halbleiterchips (2, 2a) umfasst, und bei dem der Transmissionsgrad in dem Übergangsbereich (30) nach außen hin für mindestens eine der Wellenlängen linear oder stufenförmig abnimmt. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem sich die Halbleiterchips (2) in einem Reflektor (4) befinden und die Montagefläche (5) eine Bodenfläche des Reflektors (4) bildet, wobei der Übergangsbereich (30), in Draufsicht auf die Montagefläche (5) gesehen, die Halbleiterchips (2) ringförmig umgibt. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das optische Element (3) eine Blende ist oder eine Blende umfasst, wobei für einen mittleren Blendenöffnungsdurchmesser D und für eine mittlere Breite H des Übergangsbereichs (30) gilt: 4 < D/H < 40 5. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem alle Halbleiterchips (2) in einem Flächenbereich (6) der Montagefläche (5) von mindestens 3 mm x 3 mm und von höchstens 20 mm x 20 mm einbeschrieben sind, und/oder bei dem für den mittleren Blendenöffnungsdurchmesser D und für einen mittleren Flächenbereichdurchmesser d, innerhalb dem die Halbleiterchips (2) angeordnet sind, gilt: 3 < D/d < 30 Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem für einen mittleren Abstand T des optischen Elements (3) von dem optischen Element (3) zugewandten Lichtaustrittsflächen der Halbleiterchips (2) und für den mittleren Blendenöffnungsdurchmesser D gilt: 0,25 < D/T < 6 Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Transmissionsgrad in dem Übergangsbereich (30) nach außen hin linear abnimmt, oder bei dem der Transmissionsgrad in dem Übergangsbereich (30) stufenförmig abnimmt, der Übergangsbereich (30) mehrere Stufen im Transmissionsgrad aufweist und ein Transmissionsgrad benachbarter Stufen um höchstens 20 Prozentpunkte voneinander abweicht. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Übergangsbereich (30), in Draufsicht gesehen, dreieckförmige Zacken (33) mit einem Transmissionsgrad von höchstens 20 % aufweist, wobei eine Breite der Zacken (33) jeweils nach außen hin zunimmt . Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem für eine maximale Breite B der Zacken (33) und für die mittlere Breite H des Übergangsbereichs (30) gilt: 0, 5 < H/B < 5 10. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Transmissionsgradient abhängig von einer Wellenlänge der von den Halbleiterchips (2, 2a) emittierten Strahlung ist, wobei die Halbleiterchips (2, 2a) im Betrieb Strahlung in mindestens zwei voneinander verschiedenen Wellenlängenbereichen emittieren . 11. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem alle Halbleiterchips (2), mit Ausnahme genau eines Halbleiterchips (2a) , im Betrieb im gleichen Wellenlängenbereich Strahlung emittieren, wobei der andersfarbig emittierende Halbleiterchip (2a) an der Montagefläche (5) zentral bezüglich der anderen Halbleiterchips (2) angeordnet ist. 12. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das zwischen einschließlich 5 und 20 Halbleiterchips (2) umfasst, wobei die Halbleiterchips (2) in einem regelmäßigen Muster an der Montagefläche (5) angeordnet sind. 13. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein mittlerer Abstrahlwinkel ( oc ) von mindestens einem der Halbleiterchips (2) wenigstens 120° beträgt. 14. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der mittlerer Blendenöffnungsdurchmesser (D) zwischen einschließlich 20 mm und 120 mm, der mittlere Abstand (T) des optischen Elements (3) zur Lichtaustrittsfläche der Halbleiterchips (2) zwischen einschließlich 20 mm und 80 mm, und die mittlere Breite (B) des Übergangsbereichs (30) zwischen einschließlich 1 mm und 10 mm beträgt, wobei das optische Element (3) den Reflektor (4) mindestens teilweise überdeckt. |
Optoelektronisches Halbleiterbauteil Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Halbleiterbauteil anzugeben, bei dem in einem von dem
Halbleiterbauteil beleuchteten Bereich Helligkeitsstufen reduziert oder beseitigt sind.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Halbleiterbauteils umfasst dieses mindestens zwei optoelektronische
Halbleiterchips. Bevorzugt umfasst das Halbleiterbauteil zwischen einschließlich 5 und 20 Halbleiterchips. Bei den Halbleiterchips handelt es sich bevorzugt um Leuchtdioden, kurz LEDs. Die Halbleiterchips befinden sich an einer
gemeinsamen Montagefläche des Halbleiterbauteils. Zum
Beispiel ist die Montagefläche eine zusammenhängende, ebene Fläche, an der die Halbleiterchips elektrisch und thermisch befestigt sind. Die Montagefläche ist beispielsweise
teilweise oder vollständig durch einen Leiterrahmen und/oder durch eine Bodenfläche eines Reflektors gebildet. Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Halbleiterbauteils weist dieses ein optisches Element auf. Das optische Element ist den Halbleiterchips entlang einer Hauptabstrahlrichtung des Halbleiterbauteils oder entlang einer
Hauptabstrahlrichtung von mindestens einem der
Halbleiterchips nachgeordnet. Die Hauptabstrahlrichtung ist insbesondere eine solche Richtung, entlang der eine maximale Intensität der von zumindest einem der Halbleiterchips emittierten Strahlung oder der vom gesamten Halbleiterbauteil emittierten Strahlung ausgesandt wird. Weiterhin ist das optische Element von den Halbleiterchips beabstandet. Das optische Element steht also nicht in direktem, unmittelbarem Kontakt zu einer Lichtaustrittsfläche der Halbleiterchips.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauteils weist das optische Element entlang einer Richtung quer zur Hauptabstrahlrichtung, bevorzugt entlang einer Richtung senkrecht zur Hauptabstrahlrichtung, in einem Übergangsbereich einen Transmissionsgradienten, englisch transmission gradient, auf. Transmissionsgradient bedeutet, dass sich eine Transmission oder ein Transmissionsgrad des optischen Elements in dem Übergangsbereich ändert. Der
Transmissionsgrad ist hierbei der Quotient aus der von dem optischen Element an einer bestimmten Stelle transmittierten Strahlung und der an dieser Stelle des optischen Elements von den Halbleiterchips her auftreffenden Strahlung. Im
Englischen wird der Transmissionsgrad auch als transmission factor oder als transmittance bezeichnet. Der
Transmissionsgradient ist bevorzugt durch einen Gradienten in der diffusen oder spekularen Reflexion oder durch einen
Gradienten in der Absorption des optischen Elements
realisiert. Eine Breite des Übergangsbereichs beträgt bevorzugt mindestens 0,5 mm oder mindestens 1 mm.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optischen Elements liegt der Übergangsbereich, in Draufsicht auf die
Montagefläche gesehen, neben den Halbleiterchips. Der
Übergangsbereich bedeckt also die Halbleiterchips, bevorzugt in einer Parallelpro ektion zu der Hauptabstrahlrichtung, nicht . In mindestens einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst dieses mindestens zwei
optoelektronische Halbleiterchips, die sich an einer
gemeinsamen Montagefläche befinden. Ein optisches Element des Halbleiterbauteils ist den Halbleiterchips entlang einer Hauptabstrahlrichtung nachgeordnet und ist von den
Halbleiterchips beabstandet. Entlang einer Richtung quer zur Hauptabstrahlrichtung weist das optische Element in einem Übergangsbereich einen Transmissionsgradienten auf. Der
Übergangsbereich überdeckt die Halbleiterchips, in Draufsicht auf die Montagefläche gesehen, nicht.
Durch den Transmissionsgradienten in dem Übergangsbereich des optischen Elements sind Helligkeitsabstufungen an einer von dem Halbleiterbauteil beleuchteten Fläche vermeidbar oder reduzierbar .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Halbleiterbauteils ist das optische Element kein auf Lichtbrechung basierendes optisches Element. Mit anderen Worten wird durch das optische Element keine Strahlformung über Lichtbrechung erzielt.
Insbesondere ist das optische Element dann keine Linse wie eine Sammellinse, Zerstreulinse, Mikrolinse oder
Fresnellinse . Das optische Element kann durch eine
planparallele Platte gebildet sein, in die reflektierende oder absorptive Materialien eingebracht sind oder die mit solchen Materialien an einer oder an zwei Hauptseiten
versehen ist.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Halbleiterbauteils umgibt der Übergangsbereich einen Zentralbereich des
optischen Elements. Dass der Übergangsbereich den
Zentralbereich umgibt, kann bedeuten, dass der Zentralbereich ringsum von dem Übergangsbereich umgeben ist, beispielsweise mit einer konstanten oder näherungsweise konstanten Breite. Mit anderen Worten kann der Übergangsbereich, in Projektion auf eine Ebene senkrecht zur Hauptabstrahlrichtung, mit einer Toleranz von höchstens 25 % oder von höchstens 10 %, bezogen auf eine mittlere Breite, eine gleich bleibende Breite aufweisen .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Halbleiterbauteils beträgt ein Transmissionsgrad oder ein mittlerer
Transmissionsgrad in dem Zentralbereich für von den
Halbleiterchips emittierte Strahlung mindestens 80 % oder mindestens 90 % oder mindestens 95 %. Mit anderen Worten ist das optische Element in dem Zentralbereich vollständig oder nahezu vollständig durchlässig für von den Halbleiterchips emittierte Strahlung. Beispielsweise ist der Zentralbereich des optischen Elements durch eine transparente Glasplatte oder transparente Kunststoffplatte oder auch durch eine
Aussparung oder ein Loch gebildet. Besonders bevorzugt ist der Transmissionsgrad über den gesamten Zentralbereich hinweg konstant oder näherungsweise konstant.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Halbleiterbauteils nimmt der Transmissionsgrad in dem Übergangsbereich, in eine Richtung weg von dem Zentralbereich, monoton oder streng monoton ab. Eine Strahlungsdurchlässigkeit nimmt also, in einer radialen Richtung, in dem Übergangsbereich nach außen hin ab. An einem äußeren Rand des Übergangsbereichs, der am weitesten von dem Zentralbereich entfernt ist, beträgt der Transmissionsgrad bevorzugt höchstens 20 % oder höchstens 10 % oder höchstens 5 %. Besonders bevorzugt ist an dem äußeren Rand des Übergangsbereichs das optische Element undurchlässig für von den Halbleiterchips im Betrieb
emittierte Strahlung.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Halbleiterbauteils befinden sich die Halbleiterchips in einem Reflektor, wobei die Montagefläche eine Bodenfläche des Reflektors bildet. Seitenwände des Reflektors sind zum Beispiel
kegelstumpfartig, pyramidenstumpfartig, zylinderartig oder wie eine Parabel geformt. Das optische Element befindet sich beispielsweise an einer der Bodenfläche gegenüberliegenden
Seite des Reflektors und/oder deckt den Reflektor vollständig oder teilweise ab.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Halbleiterbauteils umgibt der Übergangsbereich, in Draufsicht auf die
Montagefläche gesehen, die Halbleiterchips ringförmig. In Draufsicht gesehen beträgt ein Abstand der Halbleiterchips von dem Übergangsbereich zum Beispiels mindestens eine mittlere Diagonalenlänge der Lichtaustrittsfläche der
Halbleiterchips.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Halbleiterbauteils umfasst das optische Element eine Blende oder ist das optische Element eine Blende. Die Blende weist einen
mittleren Blendenöffnungsdurchmesser auf. Innerhalb des Blendenöffnungsdurchmessers befindet sich sowohl der
Zentralbereich als auch der Übergangsbereich, insbesondere jeweils vollständig. Für den mittleren
Blendenöffnungsdurchmesser D und für die mittlere Breite H des Übergangsbereichs gilt: 4 < D/H < 40 oder 7 < D/H < 25.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Halbleiterbauteils wird von diesem, außerhalb des Übergangsbereichs, keine von den Halbleiterchips erzeugte Strahlung emittiert. Mit anderen Worten findet eine Strahlungsemission aus dem
Halbleiterbauteil heraus ausschließlich in dem Zentralbereich und in dem Übergangsbereich statt.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Halbleiterbauteils sind alle Halbleiterchips in einem Flächenbereich der
Montagefläche einbeschrieben. Beispielsweise weist der
Flächenbereich eine kreisförmige, eine quadratische oder eine rechteckige Form auf. Ein Quadrat oder ein Rechteck minimaler Größe, in das alle Halbleiterchips einbeschreibbar sind, weist bevorzugt eine Größe von mindestens 3 mm x 3 mm
und/oder von höchstens 20 mm x 20 mm auf. Alternativ oder zusätzlich gilt für den mittleren Blendenöffnungsdurchmesser D und für einen mittleren Flächenbereichsdurchmesser d des Flächenbereichs: 3 < D/d ^ 30.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Halbleiterbauteils gilt für einen mittleren Abstand T des optischen Elements von den dem optischen Element zugewandten Lichtaustrittsflächen der Halbleiterchips und für den mittleren
Blendenöffnungsdurchmesser D: 0,25 < D/T < 6 oder 1 < D/T < 5.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Halbleiterbauteils nimmt der Transmissionsgrad in dem Übergangsbereich nach außen hin linear ab, insbesondere bis auf Null. Mit anderen Worten ist der Transmissionsgradient in dem Übergangsbereich konstant .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Halbleiterbauteils nimmt der Transmissionsgrad in dem Übergangsbereich, in eine Richtung weg von dem Zentralbereich, stufenförmig ab, insbesondere bis auf Null. Der Übergangsbereich weist hierbei mehrere Stufen bezüglich des Transmissionsgrades auf.
Innerhalb einer Stufe ist der Transmissionsgrad konstant oder näherungsweise konstant. Ein Transmissionsgrad benachbarter Stufen weicht bevorzugt um höchstens 20 Prozentpunkte oder um höchstens 15 Prozentpunkte oder um höchstens 10 Prozentpunkte voneinander ab. Zum Beispiel weist der Übergangsbereich mindestens fünf oder mindestens acht oder mindestens zwölf solcher Stufen hinsichtlich des Transmissionsgrades auf.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Halbleiterbauteils weist der Übergangsbereich, in Draufsicht gesehen,
dreieckförmige Zacken auf. In den Zacken ist ein
Transmissionsgrad bevorzugt konstant oder näherungsweise konstant. Der Transmissionsgrad der dreieckförmigen Zacken beträgt bevorzugt höchstens 20 % oder höchstens 10 % oder höchstens 5 %. Insbesondere sind die Zacken für von den
Halbleiterchips im Betrieb erzeugte Strahlung undurchlässig. Eine Breite der Zacken nimmt jeweils nach außen hin, in eine Richtung weg von dem Zentralbereich, zu.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Halbleiterbauteils gilt für eine maximale Breite B der Zacken und für die mittlere Breite H des Übergangsbereichs: 0,5 < H/B < 5.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Halbleiterbauteils ist der Transmissionsgradient in dem Übergangsbereich
abhängig von einer Wellenlänge der von den Halbleiterchips emittierten Strahlung. Es ist möglich, dass der
Übergangsbereich einen Transmissionsgradienten nur für einen spektralen Teilbereich der von den Halbleiterchips
emittierten Strahlung aufweist und der Transmissionsgrad für andere Spektralbereiche der von den Halbleiterchips emittierten Strahlung über den gesamten Übergangsbereich hinweg näherungsweise konstant ist.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Halbleiterbauteils emittieren die Halbleiterchips im Betrieb Strahlung in mindestens zwei voneinander verschiedenen
Wellenlängenbereichen. Beispielsweise umfasst das
Halbleiterbauteil einen oder mehrere Halbleiterchips, die blaues Licht und/oder weißes Licht oder grünlich-weißes Licht emittieren, und einen oder mehrere Halbleiterchips, die gelbes Licht und/oder rotes Licht emittieren. Insbesondere umfasst das Halbleiterbauteil genau zwei in verschiedenen Spektralbereichen emittierende Arten von Halbleiterchips. Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Halbleiterbauteils emittieren alle Halbleiterchips, mit Ausnahme genau eines Halbleiterchips, im Betrieb im gleichen Wellenlängenbereich Strahlung. Insbesondere weist das Halbleiterbauteil genau einen im roten Spektralbereich emittierenden Halbleiterchip auf und weist ansonsten mindestens zwei im weißen
Spektralbereich oder im grünlich-weißen Spektralbereich emittierende Halbleiterchips auf.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Halbleiterbauteils ist der genau eine, andersfarbig emittierende Halbleiterchip an der Montagefläche zentral bezüglich der anderen
Halbleiterchips angeordnet. Der im Betrieb andersfarbig emittierende Halbleiterchip ist insbesondere von den weiteren Halbleiterchips regelmäßig ringsum umgeben. Ein Abstand des andersfarbig emittierenden Halbleiterchips zu dem
Übergangsbereich ist also größer als ein Abstand der weiteren Halbleiterchips zu dem Übergangsbereich, in eine Draufsicht auf das Halbleiterbauteil gesehen. Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Halbleiterbauteils sind die Halbleiterchips in einem regelmäßigen Muster an der Montagefläche angeordnet. Bei dem Muster handelt es sich beispielsweise um ein hexagonales Gitter oder um ein
rechteckiges oder quadratisches Gitter.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Halbleiterbauteils beträgt ein mittlerer Abstrahlwinkel von mindestens einem der Halbleiterchips oder von der Mehrzahl der Halbleiterchips oder von allen Halbleiterchips wenigstens 120° oder
wenigstens 135° oder wenigstens 150°. Der mittlere
Abstrahlwinkel ist hierbei ein minimaler, zusammenhängender Winkelbereich, in dem in einer bestimmten Schnittebene gesehen 50 % der Strahlungsintensität emittiert wird. Der mittlere Abstrahlwinkel ist also bezogen auf die volle Breite bei halber Höhe des Maximums, kurz FWHM. Es sind dann die Halbleiterchips bevorzugt keine so genannten Lambert ' sehen Strahler. Die Halbleiterchips emittieren bevorzugt mit einem größeren mittleren Abstrahlwinkel als für einen Lambert ' sehen Strahler der Fall. Für einen Lambert ' sehen Strahler ist die in eine Richtung abgestrahlte Intensität I gleich einer maximalen Intensität Ig mal dem Kosinus des Winkels ß zum Lot der Lichtaustrittsfläche des Halbleiterchips:
I (ß) = I 0 cos ß.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Halbleiterbauteils ist mindestens einer der oder sind die Halbleiterchips so genannte Lambert 'sehe Strahler. Insbesondere gilt der
Zusammenhang I (ß) = Ig cos ß, bevorzugt mit einer Toleranz von höchstens 0,05 Ig. Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Halbleiterbauteils liegt der mittlere Blendenöffnungsdurchmesser zwischen einschließlich 20 mm und 120 mm, insbesondere zwischen einschließlich 40 mm und 100 mm. Der mittlere Abstand des optischen Elements zu der Lichtaustrittsfläche des
Halbleiterchips beträgt alternativ oder zusätzlich zwischen einschließlich 20 mm und 80 mm oder zwischen einschließlich 25 mm und 50 mm. Die mittlere Breite des Übergangsbereichs beträgt alternativ oder zusätzlich zwischen einschließlich 1 mm und 10 mm oder zwischen einschließlich 3 mm und 7 mm.
Nachfolgend wird ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauteil unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche
Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein. Es zeigen:
Figuren 1, 3 und 4 schematische Darstellungen von
Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen
Halbleiterbauteilen,
Figur 2 eine schematische Schnittdarstellung eines
herkömmlichen Halbleiterbauteils,
Figuren 5 und 6 schematische Darstellungen von optischen
Elementen für hier beschriebene Halbleiterbauteile, und Figur 7 schematische Darstellungen des
Transmissionsgradienten von optischen Elementen für hier beschriebene Halbleiterbauteile. In Figur 1A ist eine schematische Draufsicht und in Figur 1B eine schematische Schnittdarstellung eines
Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen
optoelektronischen Halbleiterbauteils 1 dargestellt. Das Halbleiterbauteil 1 weist einen Reflektor 4 auf, dessen
Bodenfläche eine Montagefläche 5 für optoelektronische
Halbleiterchips 2, 2a bildet. Die Halbleiterchips 2, 2a sind in einem quadratischen Flächenbereich 6 an der Montagefläche
5 angebracht. Der Flächenbereich 6 weist eine Größe zwischen einschließlich 3 mm x 3 mm und 20 mm x 20 mm auf. Die
Halbleiterchips 2, 2a sind matrixartig in dem Flächenbereich
6 angeordnet. Der Reflektor 4 ist im Querschnitt gesehen kegelstumpfartig geformt.
An einer der Montagefläche 5 gegenüberliegenden Seite ist der Reflektor 4 von einem optischen Element 3 überdeckt. Das optische Element 3 weist einen Abstand T zu dem optischen Element 3 zugewandten Lichtaustrittsflächen der
Halbleiterchips 2, 2a auf, der eine mittlere Länge von
Diagonalen der Lichtaustrittsflächen der Halbleiterchips 2, 2a bevorzugt um mindestens einen Faktor 10 übersteigt. Es weist das optische Element 3 einen Zentralbereich 35 auf, der ringsum von einem Übergangsbereich 30 mit einer konstanten Breite H umgeben ist. Der Übergangsbereich 30 umgibt die Halbleiterchips 2, 2a vollständig ringsum und überdeckt die Halbleiterchips 2, 2a, in Draufsicht gesehen, nicht.
Das optische Element 3 ist senkrecht zu einer
Hauptabstrahlrichtung M des Halbleiterbauteils 1 und somit parallel zu der Montagefläche 5 orientiert. In einer
lateralen Richtung L, quer zu der Hauptabstrahlrichtung M, nimmt ein Transmissionsgrad des optischen Elements 3 in dem Übergangsbereich 30 nach außen hin kontinuierlich ab. In dem Übergangsbereich 30 nimmt ein Absorptionsvermögen des
optischen Elements 3 oder, bevorzugt, an einer den
Halbleiterchips 2, 2a zugewandten Seite ein
Reflexionsvermögen des optischen Elements 3 nach außen hin, in eine Richtung weg von dem Zentralbereich 35, stetig zu. In dem Zentralbereich 35 ist das optische Element 3 transparent und wirkt nicht strahlformend.
Optional handelt es sich bei den Halbleiterchips 2, die ringsum um den zentralen Halbleiterchip 2a angeordnet sind, um baugleiche, im selben Spektralbereich emittierende
Halbleiterchips, beispielsweise um weißes oder grünlich ¬ weißes Licht emittierende Leuchtdioden. Der zentrale
Halbleiterchip 2a ist beispielsweise eine im roten
Spektralbereich emittierende Leuchtdiode.
In Figur 2 ist in einer schematischen Schnittdarstellung ein herkömmliches Halbleiterbauteil illustriert. An der
Montagefläche 5 des Reflektors 4 sind mehrere Halbleiterchips 2 angebracht, die entlang der Hauptabstrahlrichtung M mit einem mittleren Abstrahlwinkel im Betrieb Strahlung
emittieren. Der Reflektor 4 ist von einer Abdeckplatte 8 mit einer zentralen Apertur abgedeckt. Im Bereich der Apertur ist die Abdeckplatte 8 vollständig transparent für von den
Halbleiterchips 2 emittierte Strahlung, um die Apertur herum ist die Abdeckplatte 8 vollständig undurchlässig für die im sichtbaren Spektralbereich liegende Strahlung. Durch die Abdeckplatte 8 werden bestimmte Richtungsanteile der von den Halbleiterchips 2 emittierten Strahlung scharf abgeschnitten. Hierdurch entstehen verschiedene
Beleuchtungsbereiche AI, A2, A3 an einer von dem
Halbleiterbauteil beleuchteten Fläche 7. In den
Beleuchtungsbereich AI gelangt Strahlung aller
Halbleiterchips 2. In die Beleuchtungsbereiche A2, A3 gelangt jeweils nur die Strahlung von einem Teil der Halbleiterchips 2. Dadurch, dass die Abdeckplatte 8 keinen Übergangsbereich mit einem Transmissionsgradienten aufweist, entstehen um den zentralen Beleuchtungsbereich AI die ringförmigen
Beleuchtungsbereiche A2, A3 mit geringerer
Beleuchtungsintensität . Die verschiedenen Beleuchtungsbereiche A2, A3 sind
vergleichsweise scharf voneinander durch Helligkeitsübergänge abgegrenzt und können für einen Betrachter irritierende
Muster verursachen. Diese störenden, scharfen Übergänge zwischen verschiedenen Beleuchtungsbereichen AI, A2, A3 sind durch das optische Element 3, wie etwa in Figur 1
dargestellt, vermeidbar oder zumindest stark reduzierbar. Die Ausprägung von Helligkeitsstufen ist durch ein solches optisches Element 3 also unterbunden oder stark verringert. Derartige, voneinander abgetrennte Beleuchtungsbereiche könnten auch durch die Verwendung eines einzigen
Halbleiterchips vermieden werden. Durch lediglich einen einzigen Halbleiterchip ist jedoch die Beleuchtungsintensität limitiert. Bei Verwendung eines Diffusors nahe der
Halbleiterchips zur Reduzierung von Helligkeitsstufen ist lediglich eine Lambert 'sehe Abstrahlcharakteristik erzielbar mit einem vergleichsweise kleinen mittleren Abstrahlwinkel von typisch höchstens 120°. Zudem ist, um eine Blendung zu vermeiden, ein vergleichsweise tiefer Reflektor einzusetzen. Durch die Verwendung eines wie beschrieben ausgeprägten optischen Elements können mehrere Halbleiterchips eingesetzt werden und auf einen Diffusor kann verzichtet werden.
Gleichzeitig ist es möglich, einen größeren Abstrahlwinkel zu realisieren .
In Figur 3 ist in einer perspektivischen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel des Halbleiterbauteils 1 gezeigt. An der Montagefläche 5 befinden sich sieben
Halbleiterchips 2, die in einem hexagonalen, regelmäßigen Muster angeordnet sind. Der Reflektor 4 ist tubusartig geformt. Das optische Element 3 weist in dem Übergangsbereich 30 eine Vielzahl von dreieckförmigen Zacken 33 auf. Die Zacken 33 sind aus einem strahlungsundurchlässigen Material geformt. An einer den Halbleiterchips 2 zugewandten Seite sind die Zacken 33 bevorzugt reflektierend ausgebildet. In dem Übergangsbereich 30 nimmt nach außen hin ein
Flächenanteil der Zacken 33 stetig zu. Hierdurch nimmt der Transmissionsgrad in dem Übergangsbereich nach außen hin kontinuierlich ab. Es ist möglich, dass die Zacken 33, in Draufsicht gesehen, abgerundete Ecken aufweisen, anders als dargestellt . In Figur 4A ist in einer Draufsicht und in Figur 4B in einer Detailansicht ein weiteres Ausführungsbeispiel des
Halbleiterbauteils 1 mit einem mit den Zacken 33 geformten optischen Element 3 gezeigt. Für eine mittlere Breite H des Übergangsbereichs 30 sowie für eine maximale Breite B der Zacken 33 gilt bevorzugt: 0,5 < H/B < 5. Die Halbleiterchips 2 sind innerhalb des Flächenbereichs 6 in einem regelmäßigen Fünfeck angeordnet. Der Flächenbereich 6 weist einen mittleren Flächenbereichdurchmesser d auf, in den alle
Halbleiterchips 2 einbeschrieben sind.
Das optische Element 3 mit dem kreisförmigen Zentralbereich 35 und dem kreisringförmigen Übergangsbereich 33 weist einen mittleren Blendenöffnungsdurchmesser D auf, der
beispielsweise bei zirka 60 mm liegt. Der
Blendenöffnungsdurchmesser D beschreibt den mittleren
Durchmesser, bis zu dem ein mittlerer Transmissionsgrad, bezogen auf einen Abstand von dem Zentralbereich 35, in dem Übergangsbereich 30 auf Null zurückgegangen ist.
Gemäß Figur 1 ist der Übergangsbereich 30 durch einen
Graukeil realisiert, bei dem der Transmissionsgrad nach außen hin kontinuierlich abnimmt. Gemäß den Figuren 3 und 4 ist der Übergangsbereich durch eine zackenartige Struktur realisiert, bei dem ein Anteil eines lichtundurchlässigen Materials in eine Richtung weg von dem Zentralbereich 35 linear zunimmt. Beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 ist das optische
Element 3 durch ein transparentes Material gebildet, auf dem in dem Übergangsbereich 30 lichtundurchlässige Bereiche aufgebracht, zum Beispiel aufgedruckt, sind. Ein Anteil der lichtundurchlässigen Bereiche, die inselartig ausgebildet sind, nimmt entlang der lateralen Richtung L nach außen hin zu. Hierdurch ist ein näherungsweise kontinuierlicher Verlauf oder ein stufenartiger Verlauf des Transmissionsgrades entlang der lateralen Richtung L erzielbar.
Das optische Element 3 gemäß Figur 6 ist, in Draufsicht gesehen, elliptisch geformt. Ein Quotient aus den Längen einer Längsachse Dl und einer kurzen Achse D2 liegt bevorzugt zwischen einschließlich 1,05 und 2, insbesondere zwischen einschließlich 1,05 und 1,5. Durch ein derartiges optisches Element 3 sind Halbleiterbauteile zum Beispiel zur Beleuchtung von langgestreckten Bereichen, etwa den Fluren von Gebäuden, realisierbar. Anders als in den Figuren
dargestellt ist es ebenso möglich, anstelle eines
kreisförmigen oder ellipsenförmigen Übergangsbereichs auch rechteckförmige oder quadratische Übergangsbereiche zu formen .
In Figur 7 ist der Transmissionsgrad t in dem
Übergangsbereich 30 entlang der lateralen Richtung L
dargestellt. Gemäß Figur 7A nimmt der Transmissionsgrad t linear nach außen hin ab, vergleiche insbesondere die
Ausführungsbeispiele gemäß der Figuren 1, 3, 4 oder 6. In Figur 7B ist eine stufenartige Abnahme des
Transmissionsgrades t entlang der lateralen Richtung L dargestellt, beispielsweise wie über eine Ausführung des optischen Elements 3 analog zu Figur 5 realisierbar.
Weist das Halbleiterbauteil 1 zwei oder mehr Arten von
Halbleiterchips 2 auf, die in verschiedenen Spektralbereichen Strahlung emittieren, so ist es möglich, dass in dem
Übergangsbereich 30 der Transmissionsgrad t einen linearen oder stufenartigen Verlauf lediglich für Strahlung von einem Teil der Halbleiterchips 2 aufweist, etwa bei
Ausführungsbeispielen in Anlehnung an Figur 1. Der
stufenartige Verlauf des Transmissionsgrades t ist als durchgezogene Linie in Figur 7C gezeichnet. Für von anderen Halbleiterchips 2a emittierte Strahlung kann der
Transmissionsgrad t dann in dem Übergangsbereich 30 konstant sein und an einem äußeren Rand des Übergangsbereichs 30 abrupt auf Null oder näherungsweise Null zurückgehen, vergleiche die Strich-Linie in Figur 7C. Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die
Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt.
Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist . Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2011 013 370.4, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
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